Nový technologický pokrok: Přesné řízení mikrostruktury, výrobní technologie a aplikace nízkonákladových, vysoce výkonných ocelových plechů třídy GPa určených pro lisování za studena

Díky čínské strategii duálního uhlíku a rychlé transformaci vozidel na nové zdroje energie se synergické zlepšení odlehčení automobilů a bezpečnosti při nárazu stalo klíčovým globálním cílem automobilového průmyslu. Lisování za studena třídy GPa Ocel plechy (pevnost v tahu ≥1 GPa) získávají širokou pozornost po celém světě Ocelvýrobci a výrobci originálního vybavení (OEM) pro vysokou pevnost, dobrou odolnost proti korozi, nízké náklady na tváření a nízkou spotřebu energie. Nicméně tři hlavní průmyslová úzká hrdla dlouhodobě omezují výrobu a použití lisování za studena jakosti GPa. Ocel.

Zaprvé, synergie mezi různými výkonnostními parametry je obtížné dosáhnout současně. Ultravysoké pevnosti, tvařitelnosti, odolnosti vůči vodíkovému křehnutí a odolnosti vůči křehnutí v tekutém kovu (LME) je obtížné dosáhnout současně. Konvenční řešení se spoléhají na nákladné legující prvky, jako jsou Mo a Cr, což zvyšuje náklady na materiál. Základním mechanismem pro navrhování nízkonákladové vysoce výkonné oceli GPa je... Ocel prostřednictvím mikrostrukturního inženýrství zůstává nejasný.

Za druhé, stabilní a vysoce efektivní výroba je náročná. Za tepla válcovaná ocel třídy GPa Ocel tvoří husté oxidické okuje bohaté na křemík, což vede ke špatné účinnosti moření a nižší kvalitě povrchu. Heterogenní měkko-tvrdá mikrostruktura v zahřátých pásech způsobuje prudké kolísání síly válcování za studena, což spouští praskání na okrajích a lom pásu. Vysoce legované svitky válcované za tepla vykazují extrémně vysokou pevnost blížící se limitům zatížení válcovací stolice za studena. Kromě toho dynamické kalení a nerovnoměrné tření během válcování za studena činí konvenční modely válcování nepřesnými pro predikci tvaru, což má za následek špatnou rozměrovou přesnost a velké ztráty zmetku.

Za třetí, systémy podávání žádostí a hodnocení jsou neúplné. Ocel trpí silným pružným zpětným rázem během lisování a rizikem LME během bodového svařování, což ohrožuje tváření součástí a spolehlivost spojů. Platné standardy pro hodnocení vodíkového křehnutí a únavových vlastností nejsou dostatečné pro kvalifikaci a výběr materiálu. Chybí integrovaná metodologie návrhu „materiál-proces-komponenta“, stupeň GPa Ocel použití je omezené, s jeho podílem v automobilovém BIW pod 5 %.

Tento projekt využívá logiku kolaborativní inovace v celém řetězci: „teorie-technologie-produkt-aplikace“. Výzkum se zaměřuje na drahé a neefektivní produkty, nestabilní výrobu a scénáře omezeného použití a objasňuje vliv mikrostruktury na tvařitelnost, vodíkovou křehkost a LME pro nízkolegované oceli C-Mn-Si GPa jakosti. Ocel, zavádí kvantitativní metodologii konstrukce vícefázové mikrostruktury a vyvíjí přesné technologie řízení vícefázové a gradientně stabilizované mikrostruktury. Na straně výroby je vytvořen víceprocesní řídicí systém zahrnující „regulaci povrchu, rekonstrukci změkčení matrice a inteligentní kolaborativní válcování“. Pro aplikaci a hodnocení jsou řešeny LME s pružinovým zpětným rázem a bodovým svařováním; jsou stanoveny zkušební a hodnotící standardy pro vodíkové křehnutí a únavu materiálu. Systém lehké konstrukce s embedded EVI poskytuje kompletní řešení lehké konstrukce na úrovni vozidel.

Klíčové inovativní úspěchy

1. Kvantitativní metoda konstrukce vícefázové mikrostruktury pro nízkolegované materiály jakosti GPa Ocel s vyváženými vícenásobnými vlastnostmi Projekt odhaluje vazbu vlivů feritu, gradientně stabilizovaného zbytkového austenitu a čerstvého martenzitu na tvařitelnost, iniciaci trhlin způsobených vodíkovým křehnutím a šíření vodíkově indukovaných trhlin (LME). Heterogenní deformací indukované zpevnění (HDI) a transformací indukovaná plasticita (TRIP) z gradientně stabilizovaného austenitu společně zlepšují tvařitelnost. Je potvrzeno optimální okno mikrostruktury: 10 % až 30 % feritu, ≥12 % gradientně stabilizovaného austenitu a nulový čerstvý martenzit. Ferit potlačuje segregaci zinku na hranicích zrn, čímž zpomaluje růst trhlin způsobených vodíkovým křehnutím, a otupuje špičky vodíkových trhlin; vysoce stabilní austenit uvolňuje lokální napětí a zpožďuje lom vyvolaný vodíkem. Na základě výše uvedených zjištění je navržena nová kvantitativní teorie vícefázové konstrukce: kvantifikovaný ferit + gradientně stabilizovaný austenit + nulový čerstvý martenzit.

Jsou studovány kvantitativní korelace mezi parametry kontinuálního žíhání a vícefázovými mikrostrukturami. Je objasněn vliv orientačně závislého feritu na distribuci gradientu prvků uvnitř austenitu a vícestupňovou martenzitickou transformaci. Jsou kvantifikovány vlivy rychlosti chlazení a teploty kalení na kinetiku fázové transformace. S podporou ultrarychlého chlazení kontinuálních žíhacích a zinkovacích linek je vyvinuta technologie vícefázového kolaborativního řízení gradientní stabilizace. Byly úspěšně vyvinuty dvě nízkonákladové jakosti oceli pro tváření za studena s pevností v tahu GPa (980 MPa a 1180 MPa). Bez přidání drahých slitin Mo/Cr snižuje ocel náklady na tunu oceli o více než 1100 CNY. Ve srovnání s mezinárodními standardy se poměr roztažnosti otvoru zvyšuje o 46 %, odolnost proti vodíkovému křehnutí se zlepšuje více než 2krát a trhliny LME vznikající bodovým svařováním jsou plně eliminovány se 100% mírou přijetí bodového svaru.

2. Víceprocesní kolaborativní výrobní technologie řešící úzká hrdla moření, lámání pásů a kontrolu tvaru Pro řešení nadměrné síly válcování za studena z vysokopevnostních zahřátých pásů byla vyvinuta technologie homogenizace matrice a rekonstrukce změkčení pro zahřáté válcované svitky. Cílený ohřev hran, adaptivní stínění hran a asymetrické navíjení ve tvaru U dosahují homogenní mikrostruktury válcovaného za tepla. Prostřednictvím vysokoteplotní fázové transformace, regenerace a statické rekrystalizace se martenziticko-bainitová matrice transformuje na rovnoosý hrubý feritovo-perlitový profil, což rovnoměrně snižuje pevnost zahřátého pásu. Délka šrotu mezi čelem a koncem se zkrátí z 20 m na méně než 10 m, což snižuje náklady na tunu oceli o téměř 200 CNY a sílu válcování za studena o 45 %.

Používá se inovativní mechanické odokujívání EPS v kombinaci s mořením turbulentním prouděním. Husté křemíkové okuje se efektivně odstraňují a vytvářejí se mikrokanály pro průnik kyseliny. Rychlost moření přesahuje 100 m/min (o 25 % více než u mezinárodních konkurentů) a míra povrchových barevných vad klesá pod 0,18 %.

Je konstruován termomechanicky spojený model dynamické deformační rezistence. Genetický algoritmus optimalizovaná neuronová síť BP, predikce válcovacích sil GWO-KELM a globální optimalizační algoritmus GSTSA realizují vícekriteriální kooptimalizaci tření, tvaru pásu a kvality povrchu. Chyba uzavřené smyčky tvaru studeného pásu ≤0,5 %, míra zlomení válcovaného pásu pod 0,8 % a výtěžnost procesu zvýšená nad 96 %.

3. Technologie pro hodnocení aplikací a patentovaný systém odlehčování pro velkoobjemovou sériovou výrobu automobilů Pro vyřešení pružného zpětného proudu při ražení a bodovém svařování (LME) jsou odhaleny vlivy vazby geometrie nástroje a procesních parametrů na pružný zpětný proud. Vícekriteriální řízení pružného zpětného proudu založené na poloměru rohu nástroje, rychlosti ražení a konstrukci tahové housenky zlepšuje rozměrovou přesnost součásti. Nový proces bodového svařování „více pulzů + popouštění“ rozšiřuje stabilní procesní okno z 0,8 kA na 1,6 kA.

Pro hodnocení rozdílů v provozních vlastnostech: pro plechy lisované za studena třídy GPa byla původně navržena metoda zkoušení vodíkového křehnutí založená na hlubokém tažení, která má za cíl překonat nevýhody konvenční zkoušky ohybem ve tvaru U. Vlastně vyvinutý přípravek proti vzpěru řeší problém vzpěrného selhání u tenkovrstvých (

Systém lehké konstrukce EVI s plným cyklem je vytvořen s vícekriteriální analýzou citlivosti BIW pro diferenciální optimalizaci na úrovni komponent. Tenkovrstvá ocel třídy GPa o tloušťce 1,0 mm a 1,4 mm s pevností v tahu 980 MPa nahrazuje konvenční oceli s pevností v tahu 350–650 MPa pro použití v rámech sedadel. Výrobky se používají pro 31 druhů automobilových dílů, včetně B-sloupků a pouzder bateriových bloků. Poměr použití oceli třídy GPa u BIW se zvyšuje z 5 % na 11 %, maximální snížení hmotnosti jednoho dílu dosahuje 25 %, snížení hmotnosti BIW dosahuje 10 %, což splňuje 5hvězdičkové požadavky na bezpečnost při nárazu C-NCAP. Materiály byly sériově vyráběny pro 28 běžných modelů vozidel.

Výsledky žádostí a socioekonomické přínosy

Byly realizovány inovace v celém řetězci zahrnující teorii mikrostruktury, výrobní procesy, metodologii hodnocení a aplikace ve vozidlech. Díky nízkolegovanému složení C-Mn-Si a ultrarychlému chlazení přesahuje poměr roztažnosti otvorů 70 %; odolnost proti vodíkovému křehnutí se zdvojnásobuje; trhliny vznikající bodovým svařováním LME jsou zcela eliminovány. Komplexní vlastnosti překonávají mezinárodní benchmarky s úsporou nákladů na tunu oceli o více než 1100 CNY.

Technologie mechanického odokujíní a turbulentního moření zvyšuje účinnost moření o 25 %. Rekonstrukce s homogenizací a změkčováním horkého pásu snižuje zmetkovitost o 90 % a válcovací sílu o 45 %, čímž řeší potíže s mořením, lámáním pásu a špatnou kontrolou tvaru u vysokopevnostní oceli a umožňuje tak stabilní hromadnou výrobu.

Byly vyřešeny technické úzké hrdly lisování s pružinami a bodového svařování LME. Bylo formulováno pět skupinových norem, které vyplňují mezery v systému hodnocení vodíkového křehnutí a únavy materiálu. Produkty jsou dodávány 11 hlavním značkám OEM, včetně GAC, BYD, Mercedes-Benz, BMW a Audi, a pokrývají 28 modelů vozidel s více než 10 miliony vybavených vozidel. Kumulativní produkce dosáhla v posledních třech letech 810 000 tun, což přineslo novou produkci ve výši 4,7 miliardy CNY a ekonomický přínos 680 milionů CNY. Bylo získáno třicet šest autorizovaných patentů na vynálezy a třicet osm akademických prací.

Projekt výrazně zvyšuje domácí kapacitu dodávek pokročilé vysokopevnostní oceli pro automobilový průmysl, určuje globální technické trendy v oblasti oceli pro lisování za studena třídy GPa a podporuje průmyslovou modernizaci odvětví automobilové oceli.

Zdroj: Čínská společnost pro kovy